EP2167317B1

EP2167317B1 - Druckeinrichtung

Info

Publication number: EP2167317B1
Application number: EP08757299.6A
Authority: EP
Inventors: René Hauser; Wolfgang Bock
Original assignee: 3D AG
Current assignee: 3D AG
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: AU2008274799A1; WO2009006749A1; EP2167317A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckeinrichtung mit einer Druckform zur Übertragung von optisch wahrnehmbaren Informationen auf ein zu bedruckendes Medium mittels eines Druckfluids, wie beispielsweise einer Druckfarbe, bei der eine Druckoberfläche der Druckform eine erste Struktur aufweist, die zur vorbestimmten Übertragung des Druckfluids auf ein Bedrucksubstrat bestimmt ist, und deren erste Struktur hierbei zur Übertragung einer ersten optisch wahrnehmbaren Information auf das Bedrucksubstrat vorgesehen ist.
Aus dem Bereich der Reproduktionstechnik sind unterschiedlichste Druckverfahren bekannt. Sämtlichen dieser Druckverfahren ist das Ziel gemeinsam, optisch wahrnehmbare Informationen zu vervielfältigen. Es sollen hierbei insbesondere optisch direkt wahrnehmbare Informationen erzeugt werden, also solche Informationen die durch einen Betrachter mit blossem Auge, d.h. ohne Zuhilfenahme einer Vorrichtung wie z.B. eines Mikroskopes oder eines bildgebenden Sensors erkennbar und auswertbar sind. Informationen können insbesondere Daten in Schriftform oder grafische Abbildungen sein. Bei derartigen Druckverfahren wird stets eine Druckform verwendet, mit der vorgegebene Informationen auf das zu bedruckende Medium, beispielsweise Papier oder Pappe, übertragen werden. In der Regel enthält die Druckform die Informationen in identischer oder in seitenverkehrter Form. Die Informationen werden von der Druckform mittels der Druckfarbe auf das zu bedruckende Medium übertragen und abgebildet. Diese an sich vorbekannten Druckverfahren sind beispielsweise als Tiefdruck-, Hochdruck-, Flachdruck-, Durchdruck- (Siebdruck), Lichtdruckverfahren, etc. bekannt. Ferner werden die Druckverfahren danach unterschieden, ob die Information direkt von der Druckform auf das zu bedruckende Medium oder indirekt über einen Zwischenträger auf das zu bedruckende Medium übertragen wird. Beispiele für indirekte Druckverfahren, bei dem das Druckmedium zunächst von der Druckform an den Zwischenträger und anschliessend vom Zwischenträger an das zu bedruckende Medium abgegeben wird, sind der Flexodruck oder der Rakeltiefdruck. Sämtliche dieser in einer nicht abschliessenden Aufzählung genannten Druckverfahren eignen sich für die vorliegende Erfindung.
In vielen Bereichen der Technik werden diffraktive Strukturen benutzt, d.h. Strukturen, die bei Lichteinfall von zumindest bestimmten Lichtfrequenzen Beugungseffekte erzeugen. Derartige Strukturen sind für unterschiedlichste Einsatzzwecke vorgesehen, insbesondere als dekorative Elemente oder als Sicherheitselemente. Als dekorative Elemente sollen sie gefällige bzw. auffällige optische Effekte erzielen, beispielsweise als Verpackungsfolien oder als Produktetiketten, mit denen sich die Aufmerksamkeit von Kunden auf die mit einem solchen dekorativen Element versehenen entsprechenden Produkte lenken lässt. Als mit blossem Auge sichtbare oder unsichtbare Sicherheitselemente sollen sie hingegen aufgrund ihrer nur höchstens mit sehr hohem technischem Aufwand möglichen Fälschbarkeit die Echtheit von Produkten, Geldmitteln, Geldersatzmitteln, Kreditkarten und dergleichen garantieren. Um die Echtheit der mit solchen Sicherheitselementen gesicherten Objekte zu überprüfen wird festgestellt, ob die jeweiligen Sicherheitselemente bestimmte Eigenschaften aufweisen bzw. bestimmte optisch wahrnehmbare Informationen enthalten.
Zur Erzeugung von Beugungseffekten sind zum Beispiel Gitterstrukturen mit Gitterabständen im Bereich von etwa 200 nm bis 1500 nm erforderlich. Derartige diffraktiv wirksame Strukturen werden in der industriellen Massenfertigung in der Regel dadurch erzeugt, dass zunächst unter Zuhilfenahme von photolithographischen oder laserinterferometrischen Verfahren sogenannte Mastershims erzeugt werden. Von den Mastershims werden dann mittels galvanischen Prozessen Produktionsshims hergestellt, mit denen die Gitterstrukturen in geeignete Substrate, wie beispielsweise Heissprägefolien, eingeprägt werden. Die Heissprägefolien können beispielsweise als Etiketten ausgebildet sein, damit das beugungsoptisch wirksame Muster auf beliebige Unterlagen aufgebracht werden kann.
Ausser diffraktiv wirkenden Strukturen sind auch andere Feinststrukturen bekannt, die als Sicherheitsmerkmal vorgesehen sind, beispielsweise Mikroschriften oder Guillochen. Im Unterschied zu diffraktiv wirkenden Strukturen sind die zur Erzeugung von Mikroschriften und Guillochen erforderlichen Oberflächenstruktruren um mindestens den Faktor 10 grösser, als die längste Wellenlänge im sichtbaren Lichtspektrum. Dies erleichtert die Erzeugung derartiger Strukturen.
Aus der WO 03/057494 A1 sind eine Stahltiefdruckplatte und damit hergestellte Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Banknotensubstrate vorbekannt. Die Stahltiefdruckplatte weist erste Bereiche auf, in denen nur Stahltiefdruckstrukturen vorhanden sind sowie gegenüber den ersten Bereichen tiefer liegende zweite Bereiche, die ausschließlich Mikrostrukturen aufweisen. Mit den Stahltiefdruckstrukturen werden die Sicherheitsdokumente mit Druckfarben bedruckt. Die Mikrostrukturen der Stahltiefdruckplatte sind zur Prägung von entsprechenden Mikrostrukturen in die Sicherheitsdokumente vorgesehen. Die ersten und zweiten Bereiche sind in der Stahltiefdruckplatte nebeneinander angeordnet und können sich beispielsweise alternierend abwechseln. Die ersten und zweiten Bereiche werden getrennt voneinander hergestellt und nachfolgend durch einen Montagevorgang zur Stahltiefdruckplatte zusammengesetzt.
Am Stand der Technik kann der erforderliche hohe Aufwand als nachteilig angesehen werden, wenn ein Substrat sowohl mit Informationen bedruckt als auch einem Sicherheitsmerkmal versehen werden soll. Zudem kann an derartigen Verfahren die beschränkte Variabilität und Flexibilität bei der Farbgestaltung nicht zufrieden stellen. Um ein bestimmtes Design in bestimmten (Grundfarben-)Farben erscheinen zu lassen, ist es erforderlich Folien mit diesen Farben zu bevorraten. Zudem ist die Anwendbarkeit der Verfahren aus dem Stand der Technik im wesentlichen auf solche Substrate beschränkt, in deren Oberfläche sich eine Gitterstruktur einprägen lässt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Möglichkeit zu schaffen, durch die sich auch unabhängig von der Prägbarkeit eines Substrats letztgenanntes mit einer möglichst grossen Flexibilität bei der Farbauswahl mit einem Sicherheitselement oder einem dekorativen Element versehen lässt, das auf kleinsten Oberflächenstrukturen beruht, insbesondere auf diffraktiv wirkenden Strukturen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Druckeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, deren Druckoberfläche - zusätzlich zu einer ersten Oberflächenstruktur für die Übertragung einer ersten optisch wahrnehmbaren Information - eine zweite Oberflächenstruktur aufweist, die zumindest teilweise in dem Bereich der Druckoberfläche angeordnet in der sich die erste Oberflächenstruktur befindet und hier der ersten Oberflächenstruktur überlagert ist, wobei die Strukturierung der zweiten Oberflächenstruktur kleiner bzw. feinstrukturierter ist als die Strukturierung der ersten Oberflächenstruktur und die zweite Oberflächenstruktur eine wahrnehmbare/erfassbare Informationen enthält oder mit der zweiten Oberflächenstruktur eine wahrnehmbare/erfassbare Information erzeugbar ist. Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren gemäss Patentanspruch 15 sowie durch ein bedrucktes Substrat nach Anspruch 12 gelöst.
Die Erfindung sieht somit eine mehrskalige Strukturierung der Druckoberfläche vor, die neben grösseren Strukturen auch diesen überlagerte kleinste Strukturen mit vorbestimmten geometrischen Eigenschaften beinhaltet. Die zweite, kleinere und damit feinere Oberflächenstruktur kann mit Vorteil unter anderem zur Verwendung im Zusammenhang mit Sicherheitselementen geeignet und auf einem Substrat durch Bedrucken erzeugbar sein. Die zweite Struktur sollte zumindest teilweise in jenen Bereichen der Druckoberfläche angeordnet sein, in der sich auch die erste Struktur befindet. Erfindungsgemäss können diese zweiten Strukturen in der Oberflächen des Druckmediums, d.h. in der Sichtseite des fertig bedruckten Substrats, enthalten sein. Da bei herkömmlichen Druckverfahren in der Regel angestrebt wird, möglichst glatte Druckoberflächen zu erhalten, sieht die Erfindung eine Massnahme vor, die dem Stand der Technik diametral gegenübersteht. Daran ändert auch nichts, dass Verfahren existieren, die eine Bedruckung mit einschliessen, jedoch versuchen durch Prägen eine Oberflächenstruktur zu erzeugen. Diese sich von der erfindungsgemässen Oberflächenstruktur unterscheidende vorbekannte Oberflächenstruktur wird nämlich dadurch erreicht, dass das zu bedruckende Substrat selbst plastisch verformt wird.
Im Zusammenhang mit der Erfindung erzeugt die erste Oberflächenstruktur vorzugsweise eine optische Information zumindest im wesentlichen ohne Beugungseffekte, deren Inhalt vorzugsweise mit blossem Auge direkt oder erst durch maschinelle Schrifterkennung (OCR) oder Bildverarbeitung erfassbar ist. Auch die durch die zweite Oberflächenstruktur wiedergegebene Information, insbesondere deren Gestalt und Farbe(n), kann entweder mit blossem Auge oder aber maschinell erfass- und interpretierbar sein.
Die genannte diffraktiv wirkende zweite Oberflächenstruktur wird mit Vorteil mittels eines Druckverfahrens, d.h. eines Bedruckens bei dem ein Druckmedium - insbesondere eine Druckfarbe - auf ein bedruckbares Substrat aufgebracht wird, auf dem Substrat erzeugt. Es ist hierbei - ebenso wie bei anderen Ausführungsformen der Erfindung - bevorzugt, dass gleichzeitig mit der Aufbringung der zweiten Oberflächenstruktur, die die besagten Kleinststrukturen aufweist, auf dem gleichen Flächenabschnitt des zu bedruckende Substrat dort auch die optisch wahrnehmbare erste Information aufgebracht wird, die sich von der zweiten Information unterscheidet, jedoch vorzugsweise ihr zumindest teilweise überlagert ist. Die optisch wahrnehmbare Information der ersten Oberflächenstruktur kann beispielsweise ein Relief, Flächen oder Linien sein, die ohne optische Beugung die wahrnehmbare Information wiedergeben. Die optisch wahrnehmbare Information der zweiten Oberflächenstruktur benutzt hingegen vorzugsweise den Effekt der optischen Beugung insbesondere verschiedener Lichtbeugungsordnungen, um die in ihr enthaltene optische Information wiederzugeben. Letztere kann beispielsweise verschiedene Farbeffekte und/oder eine kippwinkelabhängige Wiedergabe von Zeichen, Grafiken und dergleichen enthalten.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste und die zweite Oberflächenstruktur in einer einzigen Druckform enthalten und überlagert bzw. kombiniert sind. Im Gegensatz zu anderen Lösungen ist hiermit eine stets passgenaue Überlagerung der beiden Informationen aus der ersten und der zweiten Oberflächenstruktur stets gewährleistet. Dies gilt selbst dann, falls sich das Substrat während des Druckprozesses verziehen sollte. Des Weiteren kann mit dieser erfindungsgemässen Ausführungsform mit nur einer Druckform die gesamte Bedruckung durchgeführt werden, was trotz der technisch anspruchsvollen vorzugsweise diffraktiv wirkenden Oberflächenstruktur und insbesondere trotz der passgenauen Anordnung beider Informationen den Aufwand im Zusammenhang mit dem Bedruckverfahren in Grenzen hält.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Struktur zur Erzeugung einer mit dem blossen Auge wahrnehmbaren und/oder maschinenlesbaren Information vorgesehen. Hierunter können beispielsweise eingeprägte, sehr feine Barcodes verstanden werden, welche sowohl mit dem blossen Auge als Beugungseffekt wahrgenommen werden, als auch eine maschinell auslesbare Information beinhalten. Auch hierbei sollte die Information der ersten Struktur für das blosse Auge ohne wesentliche Beeinträchtigungen wahrnehmbar bleiben. Ist beispielsweise die erste Information ein mit der ersten Struktur aufgedruckter Text, so sollte dieser lesbar bleiben, obwohl in dessen Oberfläche beispielsweise Barcodes eingedruckt sein können, die sowohl mit dem blossen Auge - beispielsweise als farbchangierendes Muster - wahrgenommen als auch maschinell ausgelesen werden können. Zu letzterem Zweck kann bevorzugt eine an sich bekannte Lesevorrichtung über das bedruckte Substrat geführt werden, wobei die Lesevorrichtung die dem Substrat bevorzugt unter Nutzung von Druckfarben aufgedruckte Information der zweiten Oberflächenstruktur ausliest.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein elektrisch leitbares und durch Ultraviolettstrahlung aushärtbares Druckfluid der Firma Conductive Ink Technology, Cambridge, verwendet. Damit wird z.B. eine Line von z.B. 1 mm Breite und z.B. 50 mm Länge gedruckt, welche mit blossem Auge sichtbar ist und ein erfindungsgemässes erstes Muster bildet. Dieses Muster weist auf seiner Oberfläche als zweites Muster einen eindimensionalen Barcode auf, dessen Streifen durch rechteckige Vertiefungen unterschiedlicher Breite gebildet ist, wobei die Breite dieser Vertiefungen z.B. entweder 300 nm oder 600 nm beträgt, und wobei die Vertiefungen z.B. 1 mm lang sind und senkrecht zur langen Achse vorstehenden ersten Musters stehen, und wobei die Mitte zweier aufeinanderfolgender Vertiefungen einen konstanten Abstand von z.B. 1200 nm aufweist. Einen derartiger Barcode kann mit einem kapazitiven Lesekopf ausgelesen werden, wie ihn die Firma JVC zum Auslesen von kapazitiven Bildplaften vorgestellt hat, wobei der hiezu genutzte Kondensator einen Spalt von z.B. 200 nm Breite aufweist, welcher die Vertiefungen nachweist.
Denkbar ist ferner, dass das vorstehende erste Muster mit einem kollimierten Laserstrahl beleuchtet wird, welcher durch das vorstehend beschrieben zweite Muster in unterschiedlichem Winkel - abhängig vom Anstand der vorstehenden Barcodestreifen - gebeugt wird. Denkbar ist, dass das erste Muster mit einem magnetischen Druckfluid realisiert wurde, derart dass die vorstehenden Streifen durch einen miniaturisierten Lesekopf auslesbar sind.
Unabhängig von der Wirkungsweise (optisch, elektrisch, magnetisch etc.) der zweiten Struktur bzw. ihrem physikalischen Wirkprinzip zur Erzeugung von Informationen, kann diese entweder ohne Hilfsmittel oder aber (nur) mit technischen Hilfsmitteln, wie beispielsweise Lesegeräten, Empfängern, Vorrichtungen zur Widerstandsmessung, etc., wahrnehmbar sein. Ein Beispiel für Strukturen, deren Information nur mit Hilfsmitteln wahrnehmbar ist, sind maschinenlesbare Codierungen nach Art eines Barcodes, z.B. die vom Unternehmen Xerox für die Codierung von Papierdokumenten vorgeschlagenen "Glyphs". Soweit derartige Hilfsmittel erforderlich oder aber auch nur hilfreich sind, können die entsprechende Druckeinrichtung, das bedruckte Substrat sowie die Hilfsmittel insgesamt oder Teile davon als ein aufeinander abgestimmtes erfindungsgemässes Informationssystem ausgebildet sein.
Die zur Erzeugung erfindungsgemäss bedruckter Substrate mit optisch wahrnehmbaren Informationen des vorgenannten zweiten Typs vorgesehene Druckeinrichtung kann zumindest in einem Teilbereich ihrer Oberfläche eine diffraktive Struktur aufweisen. Letztgenannte ist vorzugsweise in einem Bereich bzw. an der gleichen Stelle angeordnet, der bzw. die auch zur Aufnahme von (Be-)Druckmedium vorgesehen ist. Dieser zumindest eine Bereich sollte entweder alleine oder in Kombination mit anderen Bereichen der Druckeinrichtung auch zur Übertragung einer nicht-diffraktiven optischen Information auf das Substrat dienen. Die nicht-diffraktive optische Information kann sich aus dem Druckmedium, insbesondere aus dessen Farbe(n) und geometrischen Form(en) ergeben. Die zusätzliche optische Information aufgrund der diffraktiven Wirkung resultiert hingegen aus der auf das Druckmedium dauerhaft aufgebrachten, insbesondere auf ihr abgebildeten, Gitterstruktur. Da die mit der diffraktiven Struktur versehene Oberfläche des Druckmediums eine Sichtseite des auf das Substrat aufgebrachten Druckmediums bildet, sind nach dem Druckvorgang beide optische Informationen wahrnehmbar.
Im Vergleich mit bisherigen Verfahren zur Erzeugung von diffraktiven Strukturen ermöglicht die Erfindung solche Strukturen schnell und preisgünstig zu erzeugen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die diffraktive Struktur in eine nicht-diffraktive optische Information integriert wird, die auch unabhängig von der diffraktiven Struktur erzeugt werden soll, wie dies beispielsweise bei einem Verpackungsdesign der Fall sein kann. Durch die Erfindung ist es beispielsweise möglich auf Etiketten mit diffraktiven Sicherheitselementen zu verzichten und auf Verpackungen trotzdem solche Sicherheitselemente vorzusehen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann prinzipiell jedes Druckverfahren eingesetzt werden, bei dem zum Bedrucken mit einem Druckmedium eine Druckform, beispielsweise nach Art einer Druckplatte, verwendet wird, auf deren Oberfläche eine beugungsoptisch wirksame Gitterstruktur oder eine sonstige vorbestimmte Feinststruktur aufbringbar ist. Bei dem Druckverfahren sollte die Druckfarbe sämtliche Strukturen der Druckoberfläche der Druckform benetzen und nach der Abformung auf das zu bedruckende Substrat seine von der Druckoberfläche übernommene Strukturierung dauerhaft beibehalten. Ein solches Druckverfahren ist beispielsweise das Tiefdruckverfahren sowie das Hochdruckverfahren, insbesondere der Flexodruck. Auch bei letztgenanntem ist es zweckmässig, wenn die Druckfarbe noch in der Drucklinie wenigstens partiell aushärtet.
Die zweite Struktur, insbesondere eine diffraktiv wirkende zweite Struktur, kann insbesondere ein Sicherheitsmerkmal beinhalten, das zur Identifikation bzw. zu Nachweis der Echtheit eines Produkts, Zahlungsmittels und ähnlichem verwendet wird. Das aufgedruckte Sicherheitsmerkmal kann hierbei mit blossem Auge sichtbar sein oder als verstecktes Merkmal ausgebildet sein, das nur unter Zuhilfenahme von technischen Hilfsmitteln, wie beispielsweise Mikroskopen oder Profilometern, erkannt werden kann.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Druckeinrichtung;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel eines bedruckten Substrats, das mit der Druckeinrichtung aus Fig. 1 erzeugt wurde;
Fig. 3: eine Teilquerschnittsdarstellung einer efindungsgemässen Druckeinrichtung im Bereich einer ersten und darin überlagerten zweiten Oberflächenstruktur;
Fig. 4: eine weitere Teilquerschnittsdarstellung einer erfindungsgemässen Druckeinrichtung im Bereich einer ersten und darin überlagerten zweiten Oberflächenstruktur.

Die in Fig. 1 rein schematisch gezeigte erfindungsgemässe Druckeinrichtung weist einen Zylinder 1 einer Tiefdruckeinrichtung auf, dessen Oberfläche - bis auf ein einen Teil der Zylinderoberfläche einnehmendes Druckmuster - glattflächig ist und damit als Glattfläche bezeichnet werden kann. Die Oberfläche bzw. der Zylinder ist vorzugsweise elastisch. Das in seiner Abwicklung rechteckige, mit dem blossen Auge sicht- und auswertbare, Druckmuster 4 entspricht einer ersten optischen Information, beispielsweise dem in Fig. 1 gezeigten Rechteck. Das Druckmuster weist eine Vielzahl von kleinsten Aufnahmen auf, die im Bereich des Druckmusters 4 auf der Oberfläche des Zylinders 1 als Vertiefungen eingebracht sind. Derartige Oberflächenstrukturen sind an sich vorbekannt, und können - da sie üblicherweise Grössenabmessungen in Richtung parallel zu den Erstreckungsrichtungen der Oberfläche im Bereich von 10 µm bis 150 µm aufweisen - als mikrometerskalig bezeichnet werden. Derartige Aufnahmen der Druckform werden im gerasterten Tiefdruck oftmals als Näpfchen bezeichnet. In anderen Varianten des Tiefdrucks, beispielsweise dem sog. Stahlstichdruck, sind diese Aufnahmen üblicherweise als grafisches Element, z.B. als ganze, eins zu eins abdruckbare Buchstaben oder Striche, ausgeführt.
Die Oberflächen der zumindest näherungsweise konkav geformten Aufnahmen (Näpfchen) selbst weisen eine vorbestimmte Strukturierung 3 auf, deren Elemente 5 um zumindest eine Zehnerpotenz, vorzugsweise ca. drei Zehnerpotenzen, kleiner ist als die Abmessungen der Aufnahmen 2. Diese zweite Oberflächenstruktur kann deshalb als "nanometerskalig" bezeichnet werden. Unter "zweiter Oberflächenstruktur" sollten des Weiteren höhere und tiefere Elemente verstanden werden, deren Höhenunterschiede im Bereich von 5 µm bis 50 nm betragen können. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um Gitterlinien, deren erhabene Elemente (Linien) eine Breite von 0,05 µm - 5 µm und deren vertiefte Elemente (Täler) eine Breite von 0,05 µm - 5 µm aufweisen können. Liegen deren Abstände im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichts (ca. 400 - 700 nm), so werden bei einfallendem Umgebungslicht mit dem blossen Auge wahrnehmbare Effekte hervorgerufen. Durch eine geeignete Wahl von weiteren, beispielsweise aus der Hologrammprägung bekannten, Parametern der Struktur, wie beispielsweise dem Azimutwinkel, können die Eigenschaften der erzielbaren Beugungseffekte beeinflusst werden.
Die Gitterstrukturen einer einzelnen oder vorzugsweise von mehreren Aufnahmen 2 können eine wahrnehmbare Information ergeben, beispielsweise lesbare Zeichen wie Buchstaben oder Ziffern, eine Grafik und dergleichen.
In Fig. 3 und in Fig. 4 sind Querschnitte eines Teils einer Druckform, wie beispielsweise dem Druckzylinder 1 aus Fig. 1 gezeigt. Der dargestellte Ausschnitt von Fig. 3 zeigt eine Aufnahme 2 in der Druckoberfläche der Druckform, die Teil der ersten Oberflächenstruktur ist. Die Aufnahme 2 kann Bestandteil eines in der Druckoberfläche eingebrachten Tiefdruckreliefs und als Tiefdrucknäpfchen ausgebildet sein. Wie hier schematisiert dargestellt ist, ist die Oberfläche der Aufnahme 2 nicht glattflächig sondern im wesentlichen über ihre gesamte Aufnahmenoberfläche mit einer eigenen vorbestimmten Oberflächenstruktur 3 versehen. Diese Mikrostruktur der zweiten Oberflächenstruktur ist somit innerhalb des Tiefdruckreliefs vorgesehen. Die zweite Oberflächenstruktur 3 ist als beugungsoptisch wirksame bzw. aktive Struktur vorgesehen, die insbesondere eine Frequenz aus einem Bereich von 20 Linien/mm bis 3000 Linien/mm, vorzugsweise von 800 Linien/mm bis 2000 Linien/mm, aufweisen kann, wobei die Höhenunterschiede dieser Strukturen vorzugsweise kleiner oder gleich 2 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 µm und besonders bevorzugt aus einem Bereich zwischen 200 nm und 600 nm, betragen. Die Oberflächenstruktur kann als kontinuierliche oder diskuntinierliche lineare Gitter- oder Kreuzgitterstruktur ausgebildet sein. Derartige nanometerskalige Strukturen können unter Anwendung unterschiedlicher Fertigungsverfahren hergestellt sein, beispielsweise durch holografische intereferometrischer Lithografie, insbesondere Laserinterferometrie, E-Beam-Lithografie und/oder durch photolithografische Verfahren.
In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der ersten und zweiten Oberflächenstrukturen schematisiert dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Oberflächenstruktur in ihrer Druckoberfläche sowohl ein Tiefdruckrelief (Aufnahme 2) als auch ein Hochdruckrelief 9 auf, die durch Gravieren in die Druckoberfläche eingebracht sein kann. Sowohl die vertieften Strukturen als auch die erhaben die Strukturen sind auf ihrer Oberfläche mit zweiten Oberflächenstrukturen 3 versehen, die wiederum aufgrund ihrer vorbestimmten Strukturierung beugungsoptisch aktiv sind.
In Ergänzung zu der nanometerskaligen Oberflächenstruktur der Aufnahmen können auch Bereiche zwischen den Aufnahmen mit einer nanometerskaligen Oberflächenstruktur (3) versehen sein. Die einzelnen Abschnitte der auf diese Weise strukturierten Oberfläche ergeben eine oder mehrere zusätzliche wahrnehmbare Informationen. Diese zusätzliche wahrnehmbare optische Information kann entweder eine von den zuvor beschriebenen Informationen unterschiedliche, völlig eigenständige, weitere Information sein oder aber diese Informationen ergänzen. Im Ausführungsbeispiel ist die weitere Information eine zusätzliche eigenständige Information, nämlich ein als zusätzliches Sicherheitselement ausgebildeter diffraktiv wirksamer Barcode. Dieser bzw. seine Information ist maschinell erfassbar, beispielsweise durch ein Lesegerät, das vorzugsweise automatisiert prüft, ob in dem Sicherheitsmerkmal bestimmte Eigenschaften vorhanden sind. Die zweite optische Information ist der ersten optische Information, dem Rechteck des Ausführungsbeispiels überlagert.
Die Glattfläche des Druckzylinders (d.h. die Fläche des Druckzylinders, die ausserhalb der Aufnahmen liegt) - und damit auch die zweite Struktur der Druckoberfläche - ist hierbei so beschaffen, dass ein Tiefdruckrakel auf der Druckoberfläche gleiten kann. Die Druckoberfläche und ihre Strukturen können zudem so gestaltet sein, dass sie für Druck- und eventuell damit verbundene Prägevorgänge geeignet sind.
In Fig. 2 ist ebenfalls stark schematisiert ein mit der Druckeinrichtung aus Fig. 1 bedrucktes Substrat 8, beispielsweise aus einer Polymerfolie gebildet, gezeigt. Dieses weist eine bevorzugt mehrfarbige, erste optisch wahrnehmbare Information auf, welche durch das Abdrucken einer Anzahl von Aufnahmen 2 erzeugt wurde, wobei in Fig. 2 nur eine einzige Aufnahme gezeigt ist. Innerhalb der Fläche der ersten optischen Information ist als zweite optische Information ein nanoskaliges Muster 7 durch Bedruckung abgeformt.
Zur Erzeugung des bedruckten Substrats mit einem gedruckten Abbild 6 der Aufnahmen 2 und der zweiten Oberflächenstruktur wird die Druckeinrichtung aus Fig. 1 mit einem erfindungsgemässen Druckverfahren eingesetzt, das wie folgt ablaufen kann:

der Druckzylinder 1 wird in einem Farbkasten mit Farbe versehen, welche bevorzugt abgerakelt wird;
das Substrat wird zwischen 1 und einem nicht dargestellten weiteren, sog. Presseurzylinder hindurch geführt, wobei der Presseurzylinder das Substrat entlang der Drucklinie auf den Druckzylinder presst;
bevorzugt sind Presseurzylinder und/oder Druckzylinder 1 durchsichtig ausgeführt, derart dass UV-Licht vom Innern der Zylinder durch deren Oberflächen in die Drucklinie eingestrahlt werden kann, wodurch eine partielle Aushärtung der Farbe bewirkt wird. Dies erleichtert ein Ablösen der Farbe von der Druckform unter Beibehaltung der Abformung der zweiten Oberflächenstrukturierung in der Druckfarbe.

Als Druckfarbe kann eine mit Photoinitiatoren versehene, mit Ultraviolettlicht aushärtbare Rezeptur verwendet werden. Die zweite Oberflächenstruktur wird in der Druckfarbe des bedruckten Substrats abgebildet und ist in ihr aufgrund des Aushärteffekts, der ein Zerfliessen dieser Struktur verhindert, dauerhaft enthalten.
In einer anderen Ausführungsform kann eine nanoskalige Struktur bevorzugt auch in die Glattfläche von 2 eingebracht sein, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine derartige Struktur wird gemäss obigem Verfahren ebenfalls auf das Substrat 8 gedruckt.
Die Oberflächenstruktur der Druckeinrichtung kann durch selektives Abtragen der mit der ersten Struktur versehenen Druckform erzeugt werden; sie kann aber auch additiv erfolgen, indem die Druckform mit einem weichen Stempel mit der zweiten Struktur versehen wird.

Bezugszeichenliste

1: Druckzylinder
2: Aufnahme
3: nanometerskalige Oberflächenstrukur
4: Druckmuster
5: Element von 3
6: Gedrucktes Abbild von 2
7: Gedrucktes Abbild von 3
8: Substrat
9: Hochdruckrelief

Claims

Druckeinrichtung mit einer Druckform zur Übertragung einer optisch wahrnehmbaren Information auf ein zu bedruckendes Medium mittels eines Druckfluids, wie beispielsweise einer Druckfarbe, bei der eine Druckoberfläche der Druckform eine erste Struktur aufweist, die zur vorbestimmten Übertragung des Druckfluids auf ein Bedrucksubstrat (8) bestimmt ist, und deren erste Struktur zur Übertragung einer ersten optisch wahrnehmbaren Information auf das Bedrucksubstrat (8) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine zweite Oberflächenstruktur der Druckoberfläche, die zumindest teilweise im Bereich der ersten Struktur angeordnet und dieser überlagert ist, wobei die Strukturierung der zweiten Oberflächenstruktur kleiner ist als die Strukturierung der ersten Oberflächenstruktur und die zweite Oberflächenstruktur eine optisch wahrnehmbare Information enthält oder mit der zweiten Oberflächenstruktur eine optisch wahrnehmbare Information erzeugbar ist.
Druckeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenstruktur Strukturierungselemente aufweist, deren Grösse in zumindest eine zumindest näherungsweise parallel zur Druckoberfläche verlaufende Erstreckungsrichtung im Bereich von kleiner oder gleich 10 µm beträgt.
Druckeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Struktur in der gleichen Druckform vorgesehen und einander überlagert sind.
Druckeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenstruktur zur Erzeugung einer optischen oder optoelektronischen Information vorgesehen ist.
Druckeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenstruktur beugungsoptisch aktiv ist und insbesondere eine Linienstruktur in Form einer beugungsoptisch wirksamen Gitterstruktur enthält.
Druckeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Aufnahmen der ersten Oberflächenstruktur zur temporären Anordnung des Druckfluids auf der Druckform, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche von zumindest einigen der Aufnahmen mit der zweiten Oberflächenstruktur versehen ist, die zur Wiedergabe oder Erzeugung der zweiten Informationen vorgesehen ist.
Druckeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckform, insbesondere die Druckoberfläche, ein elastisches Material beinhaltet.
Druckeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Aushärtung des Druckfluids.
Druckeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärtungsmittel in oder hinter der Druckform angeordnet ist, wodurch mit dem Aushärtungsmittel eine Strahlung, insbesondere eine UV-Strahlung, durch die Druckform hindurch in das Druckfluid einbringbar ist.
Bedrucktes Substrat (8), auf das ein Druckmedium, insbesondere eine Druckfarbe, zur Erzeugung einer ersten optisch wahrnehmbaren Information aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (8) zumindest abschnittsweise das Druckmedium die erste optische Information wiedergibt und das Druckmedium im gleichen Abschnitt, in dem die erste optische Information vorhanden ist mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die eine zweite optische Information wiedergibt und die der ersten optischen Information zumindest teilweise überlagert ist.
Bedrucktes Substrat (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur beugungsoptisch wirksam ist.
Bedrucktes Substrat (8) nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch die Oberflächenstruktur, deren vorbestimmte Strukturierung Oberflächenelemente zumindest in einer im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Druckmediums verlaufenden Erstreckungsrichtung eine Grösse aufweisen, die kleiner oder gleich 10 µm betragen und die zur Wiedergabe oder Erzeugung der zweiten optischen Information vorgesehen sind.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats (8), bei dem ein Druckmedium, wie beispielsweise eine Druckfarbe, auf das Substrat (8) aufgebracht wird und unter Einsatz von einer mit einer Druckform versehenen Druckeinrichtung eine optisch wahrnehmbare erste Information auf einen Oberflächenabschnitt des Substrats (8) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Druckeinrichtung in dem Druckmedium zumindest abschnittsweise eine beugungsoptisch wirksame Oberflächenstruktur erzeugt wird, die auf dem gleichen Oberflächenabschnitt aufgebracht wird, der auch die erste optisch wahrnehmbare Information enthält und dieser zumindest teilweise überlagert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vorbestimmte Oberflächenelemente erzeugt werden, die zumindest in einer im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Druckmediums verlaufenden Erstreckungsrichtung eine Grösse aufweisen die kleiner oder gleich 10 µm betragen und die zur Wiedergabe oder Erzeugung einer zweiten Information vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Aufbringung der ersten Information auf das Drucksubstrat (8) auch die zweite Information auf das Drucksubstrat (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Information zumindest abschnittsweise in einem Bereich des Drucksubstrats (8) aufgebracht wird, in dem auch die erste Information aufgebracht wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf das in der Druckform befindliche Druckfluid eine Strahlung zu dessen Aushärtung eingebracht wird.